La traduction et son contrôle chez Staphylococcus aureus: conséquences sur la virulence et la réponse aux stress – RIBOSTAPH

La régulation de la traduction exerce une fonction essentielle dans l’intégration des signaux environnementaux et la régulation spatio-temporelle de l’expression des gènes. La détermination de la structure à haute résolution de divers ribosomes bactériens a conduit à une meilleure compréhension du fonctionnement du ribosome et de sa dynamique. La caractérisation du « translatome », qui se réfère à l'ensemble des ARNm en cours de traduction, donne une image globale des événements de régulation de la traduction dans les bactéries. Cependant la plupart des travaux ont été effectués sur la bactérie modèle Gram négatif Escherichia coli alors que très peu d’informations sont disponibles pour les bactéries Gram positif qui ont développé différentes stratégies pour réguler l'expression des gènes. Les trois partenaires ont décidé de joindre leurs forces et expertises complémentaires pour déterminer la contribution de la traduction et de sa régulation à l'échelle globale dans Staphylococcus aureus. Les staphylocoques sont des agents pathogènes opportunistes responsables de nombreuses infections nosocomiales et communautaires, qui ont acquis de multiples stratégies pour réguler la synthèse de leurs facteurs de virulence en réponse à l'hôte, aux stress et aux changements environnementaux. Les partenaires 1 et 3 ont montré que les ARN sont des régulateurs intracellulaires majeurs de la régulation traductionnelle impliquée dans les processus adaptatifs et la virulence. Le partenaire 1 a également contribué à l‘identification de divers ARNm contenant des régions non codantes 5’ et 3’ structurées qui modulent le taux de traduction, et qui nécessitent des facteurs agissant en trans pour permettre au ribosome de les reconnaître.
Les objectifs du projet sont: (i) de définir la contribution du contrôle traductionnel en réponse à divers stress majeurs rencontrés au cours de l’infection (stress oxydatif, réponse au NO), ou suite à un traitement par antibiotiques de type anti-toxinique (qui inhibent la traduction) à l'aide de la technique « ribosome profiling » dans deux souches cliniques sensible et résistante à la méticilline, (ii) de révéler de nouveaux mécanismes de régulation de la traduction et les mécanismes d’action de facteurs agissant en trans pour faciliter le recrutement des ARNm par le ribosome, (iii) d’identifier de nouvelles voies de régulation essentielles à la croissance bactérienne et la virulence. De nouvelles avancées significatives ont été obtenues par les partenaires. Les ribosomes de S. aureus ont été purifiés donnant lieu à des cristaux reproductibles, et à la résolution des premières structures par microscopie cryo-électronique à 3,6 Å de résolution du ribosome 70S et de dimères de ribosomes (100S) inactifs médiés par la protéine d’hibernation (partenaires 1 et 2). Ces structures seront essentielles pour aborder l’analyse de complexes ribosomiques fonctionnels. Les retombées du projet devraient conduire (i) à une analyse détaillée du processus d'initiation de la traduction des ARNm structurés et régulés, (ii) à la caractérisation des différences entre le fonctionnement du ribosome des bactéries Gram-négatif et Gram-positif ; (iv) à élucider le mécanisme d'action des antibiotiques anti-toxiniques, et les voies de régulation répondant aux stress rencontrés lors d’une infection initiale.
Ce réseau implique une combinaison d'expertises complémentaires et pluridisciplinaires, comprenant la biologie de l'ARN et l’analyse mécanistique de la régulation post-transcriptionnelle (P1, P. Romby), la biologie structurale de la machinerie de traduction (P2, M. Yusupov ; Partenaire 1 : Y. Hashem), et la pathogénie des infections à S. aureus (P3, F. Vandenesch). Cette synergie représente une occasion unique de relever le défi de déterminer le « translatome » et sa régulation pour un pathogène majeur de l’homme et pour ouvrir sur de nouvelles applications thérapeutiques.